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1、 李老师物理教研室（高中部）高中物理电学实验讲义前言：既然是讲电学实验，自然都离不开电表的使用，所以，我们打破教材、教辅常规顺序，从电表的内部结构和工作原理开始，由浅入深逐节讲解近些年高考试题中涉及的电学系列实验知识要点，并将实验结论、误差的产生和控制等复杂的逻辑推理过程尽量归纳为公式、模板或口诀的形式予以简化，希望同学们烂熟于心，以便在答题时，减少不必要的思考和推导过程，提高解题效率。另外，在每一小节单元模块后都附有近十年全国高考实验真题索引，以便于同学们对照学习或自我检查测试。 一、 电表的改装1. 电表的内部结构及工作原理我们在实验室中使用的电表，如：电流表（安培表）、电压表（伏特表）都
2、是由量程较小的电流表（又称表头G）经过改装而来。表头G的内部结构主要由两块永久磁铁、金属线圈、螺旋弹簧、指针和表盘等构成。其工作原理是利用通电金属线圈在磁场中受到安培力的作用发生旋转，指针的偏角与通过的电流强度成正比。2表头G的三个参数之间的关系表头的三个参数是指表头线圈电阻Rg、满偏电流Ig和满偏电压Ug。三者的关系符合欧姆定律，即：Ig=Ug/Rg3.将小量程的表头G改装为大量程的电流表（安培表）若使扩大后的电流表量程为原来表头满偏电流的n倍（即：n=I/ Ig），则必须给表头G并联一个小电阻R来分流多余的电流IR, 如下图。由并联电路的特点，知：Ig*Rg=（I-Ig）*R 又 n=I/
3、 Ig所以，解得：R= Rg/（n-1）公式（必须熟记）4. 将小量程的表头G改装为大量程的电压表（伏特表）若使扩大后的电压表量程为原来表头满偏电压的n倍（即：n=U/Ug），则必须给表头G串联一个大电阻R来分担多余的电压UR,如图：由串联电路的特点，知：U = Ug +（Ug /Rg）*R 又 n=U/ Ug所以，解得：R=（n-1）Rg公式（必须熟记）以上公式、很重要，也很好记。口诀：并小串大（必须熟记）5.将小量程的表头G改装为欧姆表欧姆表的内部结构是由小量程的电流表表头G、 定值电阻R（起保护电路作用）、滑动变阻器R0，以及电池等构成。如图：（注：1、上图是欧姆表的电路图，图中省略了定
4、值电阻R；2、与电流表和电压表最大的区别是：欧姆表内有电源和滑动变阻器。）根据约定俗成的规定，欧姆表外部的红表笔必须与内部电源的负极相连，黑表笔与内部电源正极相连。显然，当欧姆表的红、黑表笔没有外接电阻时，整个电路处于断路状态，电流为0，电阻为无穷大,欧姆表此时读数为，欧姆表的指针指在最左端；当红、黑表笔短接时，调节欧姆表的滑动变阻器R0（即欧姆表盘上的调零旋钮），使得指针满偏，即指在欧姆表的最右端0刻度线，表示此时外接电阻为0；若此时接入电阻RX，欧姆表指针恰好指在中间，即：指针半偏，说明此时的被测电阻RX与欧姆表内阻相同，此时的RX值称为欧姆表的中值电阻（知道中值电阻的大小很重要哦）。由于
5、欧姆表的表盘上的刻度是由0到范围内变化，因而刻度的数值变化必定是不均匀的。越靠近左端，阻值越大，表盘上的刻度值跨度也越大；而在中值电阻附近，指针偏角与待测电阻RX的大小关系比较接近线性，表盘上的刻度数值变化也相对比较均匀，易于读数。因此，为尽量减少读数时的误差，每次测量电阻时，都应使得指针尽可能指在中值电阻附近，这就是欧姆表选档的原则。（说明：欧姆表的档位通常有四挡：1K档，100档, 10档, 1档）本节例题：例题1填空答案： 1 ； 0.85 。例题2 计算解析：3V=Ig（Rg+R1） 15V=Ig（Rg+R1+ R2）联立解得，R1=5.5k ， Ig=500A例题3 多选答案：（B、
6、D） （附：关于“电表改装”相关高考题，如：2019全国卷23题；2019全国卷23题；2018全国卷22题；2017全国卷23题；2016海南卷12题；2015全国卷23题；2013全国卷23题；2010北京卷21题）再如：2019全国卷23题答案如下：二、多用电表的使用下图是实验室常用的指针式多用电表，主要包括直流电流表、直流电压表、交流电压表和欧姆表。使用时应注意以下几点：1、 使用前要用螺丝刀（对准指针定位螺丝）进行机械调零（指针指在最左端0刻度线）；2、 红表笔插入“+”插孔（其实和欧姆档的电池负极相连哦），黑表笔插入“-”插孔；3、 量程选择：测电流或电压时，将选择开关调至适当的量
7、程档位，使得指针偏角尽可能大一些，相对误差较小；4、 测电阻时，若指针偏转角度较小，应更换高倍率的档位；反之，若偏角太大，接近满偏，就更换低倍率的档位；换挡的原则，是要使得测量时，指针尽可能指在中值附近。5、 测量结束后，选择开关应置于OFF档或交流电压的最高档； （指针式多用电表及其内部结构电路图）（注：但每次换挡后和测量前，都必须将两表笔短接，并旋转欧姆调零旋钮，进行一次欧姆调零。读数时，再乘以所在档位的数值。）6、 长期不用时，则应拔出红、黑表笔，取出表内电池。本节例题：例题1 高考真题答案：（1）实物连线如下图 （4）（U2/U1-1）R0 ; （6） 48.2 例题2 高考真题答案：
8、（1）（ A， D ） （2） 5.4 ； 小于 （注意：因为欧姆表盘刻度不均匀，自右向左越来越密，所以本空答案必定是“小于”2010=200） 。（注：关于多用电表使用高考题， 如：2019全国卷23题；2017全国卷23题；2017江苏卷11题；2015广东卷34题；2014天津卷9题；2013全国卷23题；2011广东卷34题；2011安徽卷21题）再如： 2011安徽卷21题（1）某同学使用多用电表粗略测量一定值电阻的阻值，先把开关旋到“1K” 档位，测量时指针偏转如图甲所示。请你简述接下来的操作过程： ； ； ； 测量结束后，将选择开关旋到“OFF”档。答案：（1） 断开待测电阻，将
9、选择开关旋到“100”档； 将两表笔短接，调整欧姆调零旋钮，使指针指向0欧姆初； 再接入待测电阻，将指针示数100，即为待测电阻的阻值；（2）如图所示：（3） 电阻 ； 1或2 ； 1 .三、伏安法测电阻及误差的控制方法安培表的内接法（简称：内接法）和安培表的外接法（简称：外接法），下图是两种接法电路图。 内接法 外接法误差分析：无论采用哪种接法测电阻，都不可避免地产生测量误差。比如：内接法，虽然电流表测得的是流过待测电阻的电流，但是电压表测得却是电阻和电流表的电压之和。也就是说电压偏大了，因而内接法测得的电阻也偏大了，而且，电阻阻值越小，误差越大。同理，外接法中电流偏大了，因而外接法测得的电
10、阻偏小了，而且，电阻阻值越大，误差越大。为了减少测量误差，当待测电阻的阻值较大时，应选择内接法，但测量值偏大（不可避免哦）；反之，选用外接法，外接法测量阻值偏小（不可避免哦）。口诀：大内小外，大内偏大，小外偏小那我们究竟如何知道待测电阻的阻值是大还是小呢？分以下两种情况来讨论：1、若：Rx ，RA，RV大致已知，则先比较Rx2和RA*RV的大小。（1） Rx2 RA*RV，说明Rx阻值较大，则采用用内接法（大内）；（2） Rx2U/U，说明待测电阻对电流表的影响比对电压表的影响大，也即电阻的阻值和电压表的阻值更接近，所以是个大电阻，根据口诀：大内偏大，因此采用内接法，且结果偏大。选B（注：关于
11、伏安法测电阻高考题，如：2017海南卷12题；2014全国卷22题;2014浙江卷22题；2013北京卷21题；2011安徽卷21题）三、 滑动变阻器的两种接法选择限流式 分压式 P 如上图，不同的接法，负载RL两端电压UL可调节的范围不同。（1） 限流式： RL*U/（RL+R0）U（2） 分压式： 0U一般地，当滑动变阻器最大阻值较小时，选择分压式操作方便，电表指针灵敏（例如：2016全国卷23题）；如果负载电压需要从0开始变化，则必须采用分压式（例如：绘制小灯泡曲线实验中，滑动变阻器就必须要采用分压式接法）。口诀：小分（压）大限（流）（注：关于滑动变阻器接法高考题，如：2016全国卷23题；2015全国卷23题）综合练习：2017全国卷23题答案：（1） 黑 ；（2） B ；（3） 160 ; 880 ；（4） 1.47 mA ; 1.10103 ； 五、 伏安法测小灯泡电阻，并描绘小灯泡的伏安特性曲线下图是伏安法测小灯泡电阻的标准实验电路图。注意：1. 由于小灯泡的灯丝电阻较小，为减少误差，必须采用外接法；2. 本实验要求描绘小灯泡I-U图线，实验数据是必须包括0在内的多组电流、电压值，因此，滑动变阻器必须采用分压式； 3. 列表记录多组实验数值，建立平面直角坐标系，描绘小灯泡I-U曲
